Поиск биологически активных веществ природного происхождения на основе малополярных экстрактов хвойных
https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-240-250
Аннотация
Применение биологически активных веществ – один из путей повышения урожайности и устойчивости сельскохозяйственных растений, который активно развивается в последние годы. Преимуществами природных веществ являются их экологическая безопасность, многофункциональность действия, в том числе способность снижать разнообразные стрессовые воздействия окружающей среды на растения, что определяет перспективность их использования в современных агротехнологиях. Одним из источников получения биологически активных веществ являются хвойные деревья, что оправдано как с экономической, так и с экологической точки зрения. Важной задачей является поиск новых соединений из хвойных, обладающих рострегулирующей и стрессзащищающей активностью в отношении растений. Для решения данной задачи на модели, использующей в качестве показателя рост корней и листовой розетки арабидопсиса, была протестирована ростмодулирующая и антистрессовая биологическая активность восьми экстрактов, содержащих малополярные соединения из хвои и ветвей трех видов сосны (род Pinus). Полученные данные подтвердили возможность применения используемой растительной модели для выявления биологической активности экстрактов малополярных метаболитов. Показано подавление роста главного корня, боковых корней и листовых розеток арабидопсиса экстрактами и фракциями малополярных веществ хвойных рода Pinus. Наибольшую подавляющую рост главного корня активность продемонстрировал гексановый экстракт хвои P. koraiensis (НИОХ-28/1), нейтральные вещества гексанового экстракта хвои P. sibirica (НИОХ-32/1) подавляли рост не только главного корня, но и придаточных корней. Показанное аллелопатическое подавление роста корней и листовых розеток арабидопсиса экстрактами и фракциями малополярных веществ рода Pinus ставит задачу дальнейшего изучения наиболее активных экстрактов для возможного использования их в качестве гербицидов. Установлено отсутствие положительного влияния исследованных экстрактов на устойчивость роста корня арабидопсиса к тепловому шоку.
Об авторах
Д. В. Пятрикас
Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Россия
к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Е. Л. Горбылева
Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
к.б.н., младший научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Россия
к.б.н., младший научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
А. В. Федяева
Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Россия
к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
С. С. Захарова
Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук,
Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
Россия
магистрант; лаборант
630090, г. Новосибирск, пр-т Акад. Лаврентьева, 9, Российская Федерация;
630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 1, Российская Федерация
Россия
магистрант; лаборант
630090, г. Новосибирск, пр-т Акад. Лаврентьева, 9, Российская Федерация;
630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 1, Российская Федерация
А. В. Шпатов
Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
к.х.н., научный сотрудник
630090, г. Новосибирск, пр-т Акад. Лаврентьева, 9, Российская Федерация
Россия
к.х.н., научный сотрудник
630090, г. Новосибирск, пр-т Акад. Лаврентьева, 9, Российская Федерация
С. А. Попов
Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
к.т.н., старший научный сотрудник
630090, г. Новосибирск пр-т Акад. Лаврентьева, 9, Российская Федерация
Россия
к.т.н., старший научный сотрудник
630090, г. Новосибирск пр-т Акад. Лаврентьева, 9, Российская Федерация
Г. Б. Боровский
Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
д.б.н., профессор, заместитель директора по научной работе
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Россия
д.б.н., профессор, заместитель директора по научной работе
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Список литературы
1. Jurado A.S., Fernandes M.A.S., Videira R.A., Peixoto F.P., Vicente J.A.F. Herbicides: the face and reverse of the coin. An in vitro approach to the toxicity of herbicides in non-target organisms. In: Kortekamp A.E. (eds.) Herbicides and Environment. IntechOpen. 2011. P. 3–44. https://doi.org/10.5772/12976
2. Jayaraj J., Wan A., Rahman M., Punja Z.K. Seaweed extract reduces foliar fungal diseases on carrot // Crop Protection. 2008. Vol. 27. Issue 10. P. 1360–1366. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2008.05.005
3. Khan W., Rayirath U.P., Subramanian S., Jithesh M.N., Rayorath P., Hodges D.M., et al. Seaweed extracts as biostimulants of plant growth and development // Journal of Plant Growth Regulation. 2009. Vol. 28. P. 386–399. https://doi.org/10.1007/s00344-009-9103-x
4. Du Jardin P. The science of plant biostimulants – A bibliographic analysis: Ad hoc study report to the European Commission (contract 30-CE0455515/00-96), 2012. Available from: https://orbi.uliege.be/bitstream/2268/169257/1/Plant_Biostimulants_final_report_bio_2012_en.pdf [Accessed 20th April 2020].
5. Hernandez-Herrera R.M., Santacruz-Ruvalcaba F., Ruiz-Lopez M.A., Norrie J., HernandezCarmona G. Effect of liquid seaweed extracts on growth of tomato seedlings (Solanum lycopersicum L.) // Journal of Applied Phycology. 2014. Vol. 26. Issue 1. P. 619–628. https://doi.org/10.1007/s10811-013-0078-4
6. Du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation // Scientia Horticulturae. 2015. Vol. 196. P. 3–14. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.021
7. Шаповал О.А., Можарова И.П., Коршунов А.А. Регуляторы роста растений в агротехнологиях // Защита и карантин растений. 2014. N 6. С. 16–20.
8. Горбылева Е.Л., Боровский Г.Б. Биостимуляторы роста и устойчивости растений терпеноидной природы и другие биологически активные соединения, полученные из хвойных пород // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 80–89. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-32-41
9. Пат. № 2108803, Российская Федерация. Способ получения биологически активной суммы тритерпеновых кислот / В.А. Ралдугин, А.Г. Друганов, В.П. Климов, А.Н. Шубин, В.М. Чекуров; заявл. 08.04.1998; опубл. 20.04.1998/
10. Graskova I.A., Kuznetsova E.V., Zhivetiev M.A., Chekurov V.M., Voinikov V.K. Effect of coniferous extract on potato plants // Journal of Stress Physiology & Biochemistry. 2009. Vol. 5. Issue 1-2. P. 38–44.
11. Тарабанько В.Е., Ульянова О.А., Калачева Г.С. Исследование динамики содержания терпеновых соединений в компостах на основе сосновой коры и их ростостимулирующей активности // Химия растительного сырья. 2010. N 1. С. 121–126.
12. Battisti D.S., Naylor R.L. Historical warnings of future food insecurity with unprecedented seasonal heat // Science. 2009. Vol. 323. Issue 5911. P. 240–244. https://doi.org/10.1126/science.1164363
13. Wahid A., Gelani S., Ashraf M., Foolad M. Heat tolerance in plants: An overview // Environmental and Experimental Botany. 2007. Vol. 61. Issue 3. P. 199–223. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2007.05.011
14. Obata T., Fernie A.R. The use of metabolomics to dissect plant responses to abiotic stresses // Cellular and Molecular Life Sciences. 2012. Vol. 69. P. 3225–3243. https://doi.org/10.1007/s00018-012-1091-5
15. Raldugin V.A., Demenkova L.I., Pentegova V.A. Labdane acids and other components of the needles of Pinus pumila // Chemistry of Natural Compounds. 1985. Vol. 21. Issue 2. P. 192–197. https://doi.org/10.1007/BF00714911
16. Гришко В.В., Шевцов С.А., Деменкова Л.И., Ралдугин В.А., Ляндрес Г.В. Групповой химический состав и основные компоненты экстракта обесхвоенных побегов кедра сибирского // Сибирский химический журнал. 1991. N 2. С. 94–97.
17. Zinkel D.F., Han J.S. GLC determination of the resin acid composition in rosins and oleoresins: state of the art // Naval Stores Review. 1986. Vol. 96. Issue 2. P. 14–19.
18. Shpatov A.V., Popov S.A., Salnikova O.I., Kukina T.P., Shmidt E.N., Um A.B.-H. Composition and Bioactivity of Lipophilic Metabolites from Needles and Twigs of Korean and Siberian Pines (Pinus koraiensis Siebold & Zucc. and Pinus sibirica Du Tour) // Chemistry & Biodiversity. 2017. Vol. 14. Issue 2. e1600203. https://doi.org/10.1002/cbdv.201600203
19. Shpatov A.V., Popov S.A., Salnikova O.I., Shmidt E.N., Kang S.W., Kim S.M., et al. Lipophilic Extracts from Needles and Defoliated Twigs of Pinus pumila from Two Different Populations // Chemistry & Biodiversity. 2013. Vol. 10. Issue 2. P.
20. –208. https://doi.org/10.1002/cbdv.201200009
21. Mallik A.U. Allelopathy in Forested Ecosystems. In: Zeng R.S., Mallik A.U., Luo S.M. (eds). Allelopathy in Sustainable Agriculture and Forestry. New York: Springer, 2008. P. 363–386. https://doi.org/10.1007/978-0-387-77337-7_19
22. Scognamiglio M., D’Abrosca B., Esposito A., Pacifico S., Monaco P., Fiorentino A. Plant growth inhibitors: allelopathic role or phytotoxic effects? Focus on Mediterranean biomes // Phytochemistry Review. 2013. Vol. 12. Issue 4. P. 803–
23. https://doi.org/10.1007/s11101-013-9281-9
24. Anwar T., Qureshi R., Qureshi H., Khan S., Khan S.A., Fatimah N., et al. Natural herbicidal potential of selected plants on germination and seedling growth of weeds // Applied Ecology and Eenvironmental Research. 2019. Vol. 17. Issue 4. P. 9679–9689. http://dx.doi.org/10.15666/aeer/1704_96799689
25. Fernandez C., Santonja M., Gros R., Monnier Y., Chomel M., Baldy V., et al. Allelochemicals of Pinus halepensis as Drivers of Biodiversity in Mediterranean Open Mosaic Habitats During the Colonization Stage of Secondary Succession // Journal of Chemical Ecology. 2013. Vol. 39. Issue 2. P. 298–311. https://doi.org/10.1007/s10886-013-0239-6
26. Li B., Shen Y.-H., He Y.-R., Zhang W.-D. Chemical Constituents and Biological Activities of Pinus Species // Chemistry & Biodiversity. 2013. Vol. 10. Issue 12. P. 2133–2160. https://doi.org/10.1002/cbdv.201100373
27. Kil B.S., Yim Y.-J. Allelopathic effects of Pinus densiflora on undergrowth of red pine forest // Journal of Chemical Ecology. 1983. Vol. 9. Issue 8. P. 1135–1151. https://doi.org/10.1007/BF00982 17
28. Kato-Noguchi H., Fushimi Y., Shigemori H. An allelopathic substance in red pine needles (Pinus densiflora) // Journal of Plant Physiology. 2009. Vol. 166. Issue 4. P. 442–446. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2008.06.012
29. Lebedev V.G., Krutovsky K.V., Shestibratov K.A. ...Fell upas sits, the hydra-tree of death, or the phytotoxicity of trees // Molecules. 2019. Vol. 24. Issue 8. P. 1636. https://doi.org/10.3390/molecules24081636
30. Уфимцев В.И., Беланов И.П. Аллелопатический режим в фитогенном поле сосны обыкновенной на техногенных элювиях Кузбасса // Вестник КрасГАУ. 2016. N 2 (113). С. 8–13.
31. Лебедев В.М., Лебедев Е.В. Вопросы аллелопатии в лесных фитоценозах –
32. состояние и перспективы // Агрохимия. 2015. N 4. С. 85–91.
Рецензия
Для цитирования:
Пятрикас Д.В., Горбылева Е.Л., Федяева А.В., Захарова С.С., Шпатов А.В., Попов С.А., Боровский Г.Б. Поиск биологически активных веществ природного происхождения на основе малополярных экстрактов хвойных. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):240-250. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-240-250
For citation:
Pyatrikas D.V., Gorbyleva E.L., Fedyaeva A.V., Zakharova S.S., Shpatov A.V., Popov S.A., Borovskii G.B. Search for biologically active substances of natural origin based on low-polar conifer extracts. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2020;10(2):240-250. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-240-250
Просмотров:
671
Послать статью по эл. почте 